JP2009058319A - 自動分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
磁力と遠心力を同時に付与し、従来技術より小型かつ分離効率の良いＢ／Ｆ分離装置を備えた自動分析装置を提供する。
【解決手段】
Ｂ／Ｆ分離を行う際に、磁力と遠心力を同時に作用させることにより、捕捉効率を上げることができ、分析時間の短縮につながる。また、遠心力を付与する方法としてターンテーブルを用いた場合と比較し、反応容器単体で回転させるために、装置の小型化につながり、かつ全周囲に磁石を配列することができるために捕捉効率が上がる。
【選択図】図１

Description

本発明は血清，尿等の体液成分の定性・定量分析を行う自動分析装置に係り、特に標識体と特異的に結合した成分を磁気的に分離するＢ／Ｆ分離(Bound／Free分離）機構を備えた自動分析装置に関する。

免疫測定とは、血液や尿，唾液などの生体試料中にある特定の抗原または抗体を定性・定量的に測定することをいう。通常免疫測定では、測定対象物に応じた抗原または抗体を固相に結合して用い、これに試料中の測定対象物を接触させる。次いで標識化合物である酵素で標識された測定対象物に特異的に反応する抗原または抗体を反応させて固定化し（Bound）、洗浄を繰り返して未反応の酵素標識抗体（Free）を除去する（Bound／Free分離。以下、「Ｂ／Ｆ分離」という）。この後、試料中の測定対象物と結合した標識物を測定し、試料中の測定対象物を定量するものである。

従って、免疫測定を実施するにあたっては、分注，希釈，攪拌，Ｂ／Ｆ分離，固相の移動等、複雑な操作が必要である。また、この実施には、一般に固相が用いられており、ポリスチレンビーズ，磁性粒子，反応容器の内壁等が知られている。この中で高感度かつ迅速な測定を行うために、固相として磁性体微粒子を用い磁石でＢ／Ｆ分離を行う技術や自動分析装置が以前から開発されている。例えば特許文献１にＢ／Ｆ分離機構を備えた自動分析装置が開示されている。

特許文献１では、標的物質を結合させる固相として磁性体微粒子を用い、複数の反応容器中に磁性体微粒子に結合した標的物質を含む液体を収容し、この複数の反応容器を処理ラインに移動しながら固相を液相から磁気的に分離するもので、移動速度を上げるため処理ラインに沿って複数の磁石を配置し、繰り返し磁場を与えるようにしている。

特開平８−０４３４００号公報 特願平４−５０６４３９号公報

Ｂ／Ｆ分離は主に自動免疫分析装置に用いられるため、短時間測定ならびに多検体処理の観点から、高速分離，高捕捉効率が要求される。また、検査室のような環境は限られているため、省スペース化が要求される。

Ｂ／Ｆ分離を行う際、遠心力，慣性力，磁力等、外力をいずれかのみ用い固相を捕捉する場合、その捕捉効率には限界がある。ここで捕捉効率とは、Ｂ／Ｆ分離を行った際に捕捉した固相数をＢ／Ｆ分離前に溶液中にある固相数および分離時間で除したもので、この値が高い方が、短時間により多くの固相を捕捉したこととなる。

特許文献１のようにターンテーブルを用いて磁力を与える場合、外側面及び内面にしか磁石を設置することができない。

本発明の目的は従来技術より分離効率の良く、省スペースかつ高速分離可能なＢ／Ｆ分離装置を備えた自動分析装置を提供することにある。

上述した問題を解決する為に、図１のように、磁力を発生させる為の磁石と、遠心力を発生させるための回転機構を備え、磁力と遠心力を同時に作用させるＢ／Ｆ分離装置を備えたことを特徴としている。

また、前記Ｂ／Ｆ分離装置において、図１のように反応容器ごとに磁力・遠心力を付与することで、従来の装置と比べ小型になることを特徴としても良い。

また、前記自動分析装置において、図１のように、反応容器周囲全体に磁石を配置することで、捕捉効率が上がることを特徴としても良い。

また、前記自動分析装置において、図２に示すように、回転中心と磁力中心をずらすことにより、磁力の中心に存在する磁性粒子に対しても、遠心力が働くことを特徴としても良い。

また、前記自動分析装置において、図３のように、磁力の異なる磁石を配置し、磁力中心と回転中心をずらすことにより、遠心力と磁力の中心をずらすことを特徴としても良い。

また、前記自動分析装置において、図４，図５に示すように、反応容器上部に蓋を設けることで、高速回転した際の溶液の周囲への飛散りをなくすことを可能にしたことを特徴としても良い。

Ｂ／Ｆ分離を行う際に、磁力と遠心力を同時に作用させることにより、捕捉効率を上げることができ、分析時間の短縮につながる。また、ターンテーブルを用いた場合と比較し、全周囲に磁石を配列することができるために、捕捉効率が上がり、かつ反応容器単体で回転させるために、装置の小型化につながる。

従来技術より分離効率の良く、省スペースかつ高速分離可能なＢ／Ｆ分離装置を備えた自動分析装置を提供する目的を、最小の部品点数で実現した。

図６に磁気分離型のＢ／Ｆ分離装置の構成を示す。磁性粒子を含んだ溶液は分離容器１０内に吐出される。次に分離容器の側面に磁石１１を配置し、磁性粒子に磁力を与えて磁化し、分離容器側面に磁化した磁性粒子を磁気的に捕捉する。そこへ、給排水ノズル１２を挿入し、遊離した抗原（または抗体）を含んだ溶液を吸引除去する。次に新たな洗浄液を吐出し磁性粒子洗浄することでＢ／Ｆ分離を行う。

また、特許文献２ではターンテーブルを用いず、測定対象ごと個別にＢ／Ｆ分離を行っており、磁石の配列を図７のようにすることにより、中心部付近においても磁束密度の勾配（以下磁場勾配とする。）が発生するようにし、中心部付近においても固相を捕捉することを可能としている。

ここで、磁性粒子が磁石へ吸着される力は、磁束密度と磁場勾配の大きさに比例する。同一の磁石を用いた場合、磁束密度は一定となるため、勾配が大きい方が強い力が働くこととなる。図８−（イ）に図７の磁石配列にした場合の磁場勾配と距離の関係を示す。また、図７以外の組み合わせによる磁石配置の場合の磁場勾配と距離の関係を図８−（ロ）に示す。図８−（イ）では、磁場勾配は距離に関係なく一定数になるが、図８−（ロ）では一次関数となるため、中心部では磁力が働かないことが分かる。一方、外側では、その関係は逆転し、図８−（ロ）の方が大きな力が働くこととなる。すなわち、中心部において、磁力に加え遠心力を付与することで、図８−（ロ）と比較し、効率的に捕捉することが可能となる。

また、固相を分離するために磁力を用いる方法以外では、遠心力，慣性力を用いる方法があり、例えば、特許文献２では、反応ターンテーブルに保持された反応容器中に抗原抗体反応した標的物質を含む液体を収容し、ターンテーブルを回転させることで遠心力を与え、固相を液相から分離している。この方法と比較し、本発明では反応容器単体を回転し遠心力を与えているため、装置の小型化が可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

図１は本発明におけるＢ／Ｆ分離装置の実施例である。本実施例は、反応液を入れる反応容器，反応容器を保管しておく反応容器保管部，磁性粒子を捕捉するための磁石，反応容器を把持する反応容器保持機構，反応容器を回転させるためのモータから構成される。

ここで、反応容器は、反応液量が２００ｍｌ程度であるため、内径６mm，高さ３０mm程度の円筒形状である。

また、反応容器保管部は反応を促進させるために、一定温度で維持される必要がある。３２個の反応容器を保存した場合、８０／５０／５０（Ｗ／Ｄ／Ｈ）mm程度である。

磁石は、ネオジウム系磁石を用い、その大きさは６／６／１０（Ｗ／Ｄ／Ｈ）mm程度である。

反応容器保持機構には、反応容器を保管する点、磁石を埋め込む必要があるため、４０／４０／４０（Ｗ／Ｄ／Ｈ）mm程度となる。当該部はモータにて回転させるため、円筒形状であってもよい。

反応容器輸送機構は、１００／１５０／５０（Ｗ／Ｄ／Ｈ）mm程度となる。

モータは１.１〜１０９rps程度で回転する必要がある。被回転体の質量／サイズが共に小さいために大きなトルクは必要としない。大きさは４２／４２／５０（Ｗ／Ｄ／Ｈ）mm程度となる。

溶液を封入された反応容器は、反応容器保管部から磁性粒子を捕捉するための磁石が内蔵された反応容器保持機構に挿入され保持される。その後、モータによって反応容器保持機構ごと回転される。すると溶液中の磁性粒子は、反応容器保持機構内の磁石および、モータの回転によって、磁力と遠心力を同時に作用されることで容器側面に捕捉され、固相と溶液の分離が完了する。ここで溶液は反応容器を反応容器保持機構に挿入した後に封入しても良い。

次に固相と溶液が分離された状態で、給排水ノズルを反応容器に挿入し、遊離した抗原（または抗体）を含んだ溶液を吸引除去する。ここで、一度側面に捕捉された固相は磁力のみで捕捉状態を維持できるために、モータによる回転を止めても問題がない。遠心力の付与を止めることで、液面の揺れは治まり給排水ノズルによる吸引吐出が安定して行われる。そして、新たな洗浄液を吐出し磁性粒子洗浄しＢ／Ｆ分離が完了する。

また、周囲に配置する磁石の磁力を等しくした場合、磁場勾配は図８−（ロ）のようになり、容器中心部付近の磁力はほぼ０となってしまう。一方遠心力においても、回転中心部では働く力はほぼ０となるため、図１のような装置では、中心部付近にある磁性粒子に対し、捕捉することができない。この問題に対しては、図２に示すように磁力の中心とモータ回転中心とをずらして解決できる。この場合、反応液中の磁性粒子には磁力または遠心力が必ず働くこととなり、磁力の中心にある粒子には遠心力が働き、遠心力の中心にある粒子には磁力が働くため、溶液中の固相は全て捕捉されることとなる。

また、図３に示すように磁力の異なる磁石を用いて磁力の中心とモータ回転中心とをずらしても同様の結果が得られる。

また、図４に示すように反応容器に蓋を備え付けても良い。この場合、高速で回転した際の飛散りの問題はなくなるため、より効果的に捕捉することが可能となる。

この場合、図５に示すように蓋中心部に給排水用ノズルを挿入するための穴が開いていても良い。遠心力を負荷する場合、図４のように液体は移動するため、中心部に穴を設けても溶液が飛散ることはない。

本発明におけるＢ／Ｆ分離装置の一実施例を示した図である。 本発明におけるＢ／Ｆ分離装置の他の実施例を示した図である。 本発明におけるＢ／Ｆ分離装置の他の実施例を示した図である。 本発明におけるＢ／Ｆ分離装置に適した反応容器を示した図である。 本発明におけるＢ／Ｆ分離装置に適した反応容器を示した図である。 磁力分離型のＢ／Ｆ分離を示した図である。 特許文献２における、磁石配列を示した図である。 図７のような磁石配列の場合の磁場勾配と距離の関係を示した図である。

符号の説明

１，７ 反応容器
２ 反応容器保管部
３，１１ 磁石
４ 反応容器保持機構
５ 反応容器輸送機構
６ モータ
８ 蓋
９，１２ 給排水ノズル
１０ 分離容器

Claims (4)

1. 試料と試薬を反応させる反応容器と、該反応容器の外部から磁力をかけるための磁力発生手段と、該磁力発生手段により前記反応容器に磁力をかけると同時に、該反応容器を回転させるための反応容器回転手段を備えたことを特徴とする自動分析装置。
2. 前記自動分析装置において、反応容器保持する反応容器保持部を備え、当該反応容器保持部を回転させ遠心力を付与し、回転中心が反応容器内にあることを特徴とするＢ／Ｆ分離装置。
3. 前記自動分析装置において反応容器周囲全体に磁石を配置することで、固相捕捉効率をあげることを特徴とするＢ／Ｆ分離装置。
4. 前記自動分析装置において、反応容器上部に蓋を設けることで、高速回転した際、溶液の周囲への飛散りをなくすことを可能にしたことを特徴とするＢ／Ｆ分離装置。

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